3.8Основные стандарты цифрового телевещания

Принятая в настоящее время рекомендация ITU-R BT.601 устанавливает правила раздельной дискретизации, квантования и кодирования так называемого компонентного видеосигнала, т.е. сигнала яркости и двух цветоразностных сигналов. В документе рекомендуется, чтобы частоты дискретизации яркостной и цветоразностных компонент находились в соотношении 4:2:2 по сравнению с базовой, что и дало обычно используемое название стандарта. При таких значениях частот можно практически без искажений преобразовать в цифровую форму сигнал яркости в полосе до 5,75 МГц и цветоразностные сигналы в полосе до 2,75 МГц. Согласно стандарту 4:2:2 в активной части кадра содержится 720х576 отсчетов яркостной компоненты видеосигнала и по 360х576 отсчетов цветоразностных компонент, что удовлетворяет требованиям всех действующих стандартов вещательного телевидения. Полная скорость передачи цифрового компонентного видеосигнала при длине кодового слова 10 бит составляет 270 Мбит/с.

Для уменьшения скорости передачи предложены различные упрощенные форматы представления цифрового видеосигнала, которые могут быть получены из базового путем предварительной обработки и децимации (прореживания) отсчетов в горизонтальном и вертикальном направлениях ТВ растра. Среди них наиболее целесообразными для ТВ вещания считаются форматы 4:1:1 (720х576 отсчетов для яркостной компоненты и 180х576 отсчетов для цветоразностных компонент – применяется для NTSC) и 4:2:0 (720х576 отсчетов для яркостной компоненты и 360х288 отсчетов для цветоразностных компонент – применяется для SECAM). В обоих форматах полная скорость передачи составляет 205,5 Мбит/с для 10-битовых кодовых слов и 162 Мбит/с для 8-битовых слов.

Из приведенного описания следует, что даже с учетом рассмотренных выше упрощений минимальная скорость передачи цифрового видеосигнала по каналам связи составляет 124 Мбит/с. То есть для организации современного многопрограммного телевещания, когда абоненту требуется доставлять, например, 30 ТВ каналов, пропускная способность линий сети абонентского доступа должна быть 4-6 Гбит/с.

Появление принципов и средств сжатия видеосигнала с использованием пространственной, временной и психофизической избыточности ТВ изображений, энтропийного кодирования, адаптивного квантования, ДИКМ с компенсацией движения и т.д. для внутрикадрового и межкадрового кодирования привели к появлению стандартов MPEG и возможности сократить необходимую полосу пропускания.

Система стандартов MPEG определяет принцип компрессии последовательностей динамических изображений для различных областей применения. Система MPEG асимметрична: в ней кодеры гораздо сложней (и дороже) декодеров, поскольку в их задачи входит оценка вектора движения и выбор оптимальной стратегии кодирования, что требует значительных вычислительных мощностей. На данный момент существуют два варианта, пригодных для распределения цифровых видеосигналов в местных сетях связи: MPEG-1 и MPEG-2.

Стандарт MPEG-1 ориентирован на системы записи на компакт-диски и низкоскоростные каналы передачи потоков видеоданных и может быть использован для организации новой индивидуальной услуги: мультимедиа. Четкость изображения в нем получается в четыре раза ниже, чем в вещательном телевидении (352х288 отсчетов), а видеоданные передаются со скоростью не более 1,5 Мбит/с (коэффициент сжатия около 100).

Стандарт MPEG-2 (ISO/IEC 13818-2) был специально разработан для кодирования сигналов вещательного телевидения, обеспечивая четкость декодированного изображения в соответствии с Рекомендацией 601 МККР. Сфера применения MPEG-2 охватывает производство телевизионных программ, распределение их с помощью наземных и спутниковых линий связи, системы мультимедиа. Стандарт поддерживает широкий диапазон значений качества: от уровня VHS до телевидения высокой четкости, поэтому в рамках стандарта определена система профилей и уровней (5 профилей и 4 уровня). Стандартной системе вещательного ТВ обычной четкости соответствует вариант: основной профиль/основной уровень (MP@ML), к которому относятся большинство выпускаемых в настоящее время кодеков MPEG-2. Для данного варианта в ISO/IEC 13818-2 стандартизирована максимальная скорость передачи, равная 15 Мбит/с (коэффициент сжатия порядка 10-20), хотя вещательное качество декодированного видеосигнала достигается уже при скорости 8 Мбит/с, а по экспертным оценкам для распределения в местной сети достаточно иметь скорость 4-6 Мбит/с. Такая низкая для видеоданных скорость передачи дает возможность использовать для передачи данных существующие сети на базе SDH и PDH иерархий. Большая перспектива отводиться бурно развивающимся сетям с АТМ коммутацией.